宽带射频信号处理的创新

关键的外卖

• 宽带(WB)射频信号处理由支持模拟到数字转换、数字到模拟转换、滤波和信号合成的系统处理。

• 压缩采样和模拟-信息转换器是航空航天通信工程中引入的两种创新方法。

• 根据香农定理，“要从一组样本重构一维信号，采样率必须等于或大于信号中最高频率的两倍”。

射频通信网络

无线通信系统战争电子学和射频仪器是少数几个使用宽带(WB)射频信号处理来提供工业标准性能的部门。在射频信号应用系统中，工程师对高输入带宽、动态范围、低噪声、高速数据传输、采集和转换的要求很高。

WB射频信号处理由支持模拟到数字转换、数字到模拟转换、滤波和信号合成的系统处理。射频信号处理的主要目标是实现Giga Samples Per Second (GSPS)的数据传输速率、零损耗、高质量和高性能。随着工业不断要求不间断通信和无缝连接，宽带射频信号处理系统的重要性不断增长。

WB射频信号处理中的信号转换

信号转换技术的进步改造了传统的射频通信系统。现代射频转换器的优点是减少了电路中硬件组件的数量，并实现了高分辨率、高质量和可重构特性。射频转换器满足尺寸、重量和功率(SWaP)的考虑，并有助于在数据采集系统中打开无限的可能性。

在下一节中，我们将讨论WB射频信号转换在雷达和航空航天无线通信系统中的应用。

雷达直接WB射频模拟数字转换

在早期，雷达的模拟到数字转换有中间步骤，如模拟频率下转换和其他信号处理操作。目前，传统的雷达接收机被直接WB模拟数字转换器所取代。直接WB射频变换器健壮且先进，可以跳过混频器和本振子的阶段。直接WB射频模拟数字转换成本低廉，性能优良。

在直接WB射频模拟数字转换中，通过减少硬件、尺寸、重量和功耗来实现所需的性能。这种类型的直接转换具有高频率和动态范围操作。它使用性能相对较低的数字化仪对高频模拟信号进行采样。完美的采样下转换与减少硬件，SWaP考虑，和成本使直接WB射频信号处理流行。因为在直接的WB射频信号转换中没有混频器，所以在这种直接信号转换中不必太担心谐波和非线性。直接处理WB射频信号保证可靠性,可持续发展,成本效益以及射频信号在雷达上的广泛应用。

WB射频信号采集

射频信号的测量可以来自位于卫星上的空间站。

宽带频谱感知(WSS)是航空航天无线通信领域中一种高效的射频信号表征方法。射频信号测量可以来自位于卫星上的地面站或空间站。压缩采样和模拟-信息转换器是航空航天通信工程中引入的两种创新方法。

传统的采样方法被称为“采样-压缩”技术。在这种传统的采样方案中，信号或数据的采集遵循香农定理。根据香农定理，“要从一组样本重构一维信号，采样率必须等于或大于信号中最高频率的两倍”。一旦信号是按照香农定理获得的，它的一部分被丢弃为了压缩的缘故。为了减小采集信号的大小，通常采用有损压缩算法。

压缩采样技术

压缩采样技术是基于信息直接采样的概念。模拟射频信号的采集采用压缩采样技术。信号以信息速率直接获取。压缩采样着重于提高线性度和运算带宽。压缩采样与经典的先采样再压缩方法的主要区别在于它减少了获取的样本数量。射频信号在模拟域中的线性变换用于减少采集到的信号样本。

Analog-to-Information转换器

模拟-信息转换器实现了压缩采样的概念并从射频信号中获取信息。模拟-信息转换器的目标是通过遵循SWaP考虑扩大操作区域。尽管航空航天无线应用利用WB射频频谱，但只有一小部分频谱携带有用的信号。由于频谱利用率很小，在WB中信号采集总是面临频域信号稀疏的问题。模拟-信息转换器在克服航空航天应用中的这些限制方面是有用的，并与压缩采样技术一起使用。

WB射频信号处理方案的信号采集和转换对于实现所需的性能至关重要。为了实现高质量的射频无线通信和仪器设施，信号转换和采集技术得到优化，以低失真、最小损耗和高数据速率高效捕获WB信号。